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「钽涂层专栏第二期」钽金属的医学应用——钽的神通广大

发布时间:2022-06-01 11:10 浏览量:5122


钽(tantalum,Ta)是一种高密度高熔点大强度的银灰色金属,这种独特的稀有金属具有超乎寻常的抗腐蚀性,正如其名字所示,Tantalum的名字来源于希腊神话的传奇人物坦塔洛斯(Tantalus)。



坦塔洛斯(Tantalus)的故事

在这个故事中,他死后被惩罚永远站在齐膝深的水中,眼前就是多汁的果实,然而只要他试图喝水,水就会流走,如果想要摘果实,果子就会移开,永远无法得到(1)。



钽金属的发现者安德斯-埃克伯格(Anders Ekeberg)写道:“这种金属我称之为钽……部分原因是暗示它的全无反应,钽在浸入酸时丝毫不吸收且被饱和”(2)。除了优异的力学性能和抗腐蚀性,钽在生物体中也表现出无毒无害的高度亲和,这种理化性质在金属中非常难得,使钽自发现后便迅速广泛应用于临床。



下面为大家介绍钽金属的医学应用。


01、钽丝


钽丝可作为临床手术的抗张力缝线,具有易灭菌、对周围组织刺激小的优点。徐皓等研究者利用钽丝为33例髌骨骨折的患者做了环扎内固定手术,其中31例恢复良好,仅有2例出现轻度关节炎,术后5个月~16年均无明显并发症(3)。


02、钽片/钽块

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利用3D打印定制钽补块,可以在发生裂缝骨折或者骨折不愈合时作为修补以达到功能愈合。钽块/片的应用不仅在上下肢、骨盆髋臼这类常见骨科手术(如力达康定制钽补块),还有人造钽耳朵等多种手术。

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03、钽支架


钽金属优异的延展性使其成为动脉支架的可靠选择,无论是动物实验还是临床都被证实是安全有效的。在过去对缺血性综合征患者的临床实验中,钽丝支架不仅操作简便、效果明显,还大大降低了6个月后亚急性血栓和血管再狭窄的概率(4,5)。


04、钽棒/钽涂层股骨柄/钽髋臼/钽全膝(多孔钽)

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这几类假体和上述提及的纯钽制品不同,是采用蒸汽沉淀/气相沉积等高级制备技术以及表面改性后的多孔钽制成。这种技术可以将钽改造成具有蜂窝状立体结构的金属骨小梁,75%-80%的孔隙和约430μm的平均孔隙为成骨细胞提供了空间和微循环代谢环境,诱导骨长入,可以形成牢固的骨-金属结合(6,7)。


而介于松质骨和皮质骨之间的弹性模量(约3Gpa)又能有效避免应力遮挡效应,实现人体内长期留存无副作用。


此外,多孔钽还有促进细胞增殖、提高成骨细胞的造骨能力的特点。钽支撑棒主要用于治疗股骨头坏死,而钽涂层则主要应用于股骨柄,均利用了钽金属生物相容性好、韧性强和惰性的特点。



在2008年引入中国之前,Taso等学者在全美境内展开的多中心研究对113例髋手术的患者随访了4年,术后4年没有任何病例的骨密度在影像学分析中表现出异常,也没有任何假体松动和放射性透光线的表现,效果令人满意(8)。


钽髋臼于1997年在美国食品药品管理局批准应用。Gruen等学者经过24-58个月的长期观察随访,574个多孔钽髋臼均实现骨长入(9)。Radnay等人的研究也证实了多孔钽膝关节的成功。


此外,对于多孔钽在脊柱外科的应用也取得了稳定优秀的疗效(10)。


总  结



钽金属的力学特性、理化性质和生物相容性令其在医学领域一直发挥着重要作用。近数十年间,对钽金属的深入研究和广泛应用都取得了显著效果,钽金属已经成为医学临床领域应用材料方面一个崭新且令人鼓舞的发展方向。


参考文献:

1. Lempriere, John (1887). Lempriere's Classical Dictionary. p. 659.

2.Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements(2nd ed.). Butterworth-Heinemann. p.1138. ISBN 978-0-08-037941-8.

3. 徐皓,安翎. 钽丝环扎内固定治疗髌骨骨折33例分析[J]. 中国厂矿医学,2003,16(4):305-306

4. Rothman M, Serruys P, Grollier G, et al. Angio-graphic and clinical one-year follow-up of the cordis tantalum coil stent in a multicenter international study demonstrating improved restenosis rates when compared to pooled PTCA and BENESTENT-I data: The European antiplatelet sent investigation(EASI)[J]. Catheteri Cardiovasc Interv,2001,52(2):249-259

5. Watson, P. S., Ponde, C. K., Aroney, C. N., Cameron, J., Cannon, A., Dooris, M., Garrahy, P. J., McEniery, P. T., & Bett, J. H. (1998). Angiographic follow-up and clinical experience with the flexible Tantalum Cordis stent. Catheterization and cardiovascular diagnosis,43(2),168–173. https://doi.org/10.1002/(sici)1097-0304(199802)43:2<168::aid-ccd12>3.0.co;2-k

6. Xu, M., & Peng, D. (2011). Mesenchymal stem cells cultured on tantalum used in early-stage avascular necrosis of the femoral head. Medical hypotheses, 76(2), 199–200. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2010.09.028 

7. Sagomonyants, K. B., Hakim-Zargar, M., Jhaveri, A., Aronow, M. S., & Gronowicz, G. (2011). Porous tantalum stimulates the proliferation and osteogenesis of osteoblasts from elderly female patients. Journal of orthopaedic research : official publication of the Orthopaedic Research Society, 29(4), 609–616. https://doi.org/10.1002/jor.21251

8. Veillette, C. J., Mehdian, H., Schemitsch, E. H., & McKee, M. D. (2006). Survivorship analysis and radiographic outcome following tantalum rod insertion for osteonecrosis of the femoral head. The Journal of bone and joint surgery. American volume, 88 Suppl 3, 48–55. https://doi.org/10.2106/JBJS.F.00538

9. Gruen, T. A., Poggie, R. A., Lewallen, D. G., Hanssen, A. D., Lewis, R. J., O'Keefe, T. J., Stulberg, S. D., & Sutherland, C. J. (2005). Radiographic evaluation of a monoblock acetabular component: a multicenter study with 2- to 5-year results. The Journal of arthroplasty, 20(3), 369–378. https://doi.org/10.1016/j.arth.2004.12.049

10. Radnay, C. S., & Scuderi, G. R. (2006). Management of bone loss: augments, cones, offset stems. Clinical orthopaedics and related research, 446, 83–92. https://doi.org/10.1097/01.blo.0000214437.57151.41


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